ROZDZIAŁ IX Energia promieniowania słonecznego. ROZDZIAŁ IX

Komentarze

Transkrypt

ROZDZIAŁ IX Energia promieniowania słonecznego. ROZDZIAŁ IX
TECHNICAL UNIVERSITY
OF CZĘSTOCHOWA
ROZDZIA
Ł IX
ROZDZIAŁ
IX
ENERGY ENGINEERING
LABORATORY
Energia
promieniowania
słonecznego.
TECHNICAL UNIVERSITY
OF CZĘSTOCHOWA
ROZDZIA
Ł IX
ROZDZIAŁ
Energia promieniowania słonecznego.
ENERGY ENGINEERING
LABORATORY
Słońce
Słońce jest
jest gwiazdą
gwiazdą średniej
średniej wielkości.
wielkości. Obłok
Obłok materii
materii międzygwiezdnej
międzygwiezdnej na
na skutek
skutek
grawitacji
grawitacji ulegał
ulegał skupieniu
skupieniu ii nagrzewał
nagrzewał się
się w
w wyniku
wyniku wzajemnego
wzajemnego oddziaływania
oddziaływania
o
cząstek.
C, natomiast
natomiast we
we wnętrzu
wnętrzu jądra
jądra
cząstek. Temperatura
Temperatura Słońca
Słońca wynosi
wynosi ok.
ok. 5500
5500 oC,
7
o
wynosi
C. Słońce
Słońce składa
składa się
się głównie
głównie zz wodoru
wodoru ii helu.
helu. Słońce
Słońce jest
jest kulistym
kulistym
wynosi ok.
ok. 10
107 oC.
obiektem
obiektem gazowym
gazowym oo promieniu
promieniu R=696
R=696 000
000 km,
km, średniej
średniej gęstości
gęstości ρ=14410
ρ=14410 kg/m
kg/m33 ii
przyśpieszeniu
przyśpieszeniu grawitacyjnym
grawitacyjnym g=274
g=274 m/s
m/s22..
„Proekologiczne źródła energii odnawialnej” Witold M. Lewandowski Warszawa 2001
TECH N IC AL UNIVERSITY
OF C ZĘSTO CH O W A
ROZDZIA
Ł IX
ROZDZIAŁ
Energia promieniowania słonecznego.
ENERG Y ENG INEER ING
LABO R ATO RY
Rozmieszczenie
Rozmieszczenie planet
planet w
w Układzie
Układzie Słonecznym.
Słonecznym.
VIII CZĘSTOCHOWSKIE FORUM EKOLOGICZNE Częstochowa, październik 1997 r.
TECHNICAL UNIVERSITY
OF CZĘSTOCHOWA
ROZDZIA
Ł IX
ROZDZIAŁ
Energia promieniowania słonecznego.
ENERGY ENGINEERING
LABORATORY
Energia
Energia słoneczna,
słoneczna, która
która dociera
dociera do
do
granicy
granicy atmosfery
atmosfery stanowi
stanowi jedną
jedną
półmiliardową
półmiliardową część
część energii
energii emitowanej
emitowanej
przez
przez Słońce.
Słońce. Jej
Jej strumień
strumień ma
ma moc
moc ok.
ok.
2
2
1,39
1,39 kW/m
kW/m –– jest
jest to
to tzw.
tzw. stała
stała słoneczna.
słoneczna.
Na
Na skutek
skutek odbicia
odbicia (ok.
(ok. 35%),
35%), absorpcji
absorpcji ii
rozproszenia,
rozproszenia, w
w zależności
zależności od
od pory
pory dnia
dnia ii
roku,
roku, do
do powierzchni
powierzchni Ziemi
Ziemi dociera
dociera
średnio
średnio mniej
mniej niż
niż 50%
50% tej
tej energii.
energii. W
W dni
dni
słoneczne
słoneczne gęstość
gęstość promieniowania
promieniowania
padającego
padającego na
na poziomą
poziomą powierzchnię
powierzchnię
2
wynosi
wynosi ok.
ok. 11 kW/m
kW/m2.. Natężenie
Natężenie
promieniowania
promieniowania słonecznego
słonecznego na
na
powierzchni
powierzchni Ziemi
Ziemi zależy
zależy od
od wysokości
wysokości
Słońca
Słońca nad
nad horyzontem,
horyzontem, co
co wiąże
wiąże się
się zz
grubością
grubością warstwy
warstwy atmosfery,
atmosfery, przez
przez którą
którą
to
to promieniowanie
promieniowanie jest
jest absorbowane.
absorbowane.
Ziemia
Składniki promieniowania słonecznego
„Proekologiczne źródła energii odnawialnej” Witold M. Lewandowski Warszawa 2001
TECHNICAL UNIVERSITY
OF CZĘSTOCHOWA
ROZDZIA
Ł IX
ROZDZIAŁ
Energia promieniowania słonecznego.
ENERGY ENGINEERING
LABORATORY
Zmienność natężenia promieniowania słonecznego
Zmiana natężenia
promieniowania dla szerokości
geograficznej L=52o (Wielka
Brytania, Polska centralna) w
dzień bezchmurny w
zależności od pory roku i pory
dnia. Na osi Y podano max
wartości energii (W/m2).
Intensywność emisji
(promieniowania) I--->
1000
Przesilenie zimowe
I i IV kw.
II i III kw.
800
600
Przesilenie letnie
400
200
0
4
6
8
10
12
14
Godziny
„Proekologiczne źródła energii odnawialnej” Witold M. Lewandowski Warszawa 2001
16
18
20
22
TECHNICAL UNIVERSITY
OF CZĘSTOCHOWA
ROZDZIA
Ł IX
ROZDZIAŁ
Energia promieniowania słonecznego.
ENERGY ENGINEERING
LABORATORY
Natężenie
Natężenie promieniowania
promieniowania słonecznego
słonecznego w
w funkcji
funkcji szerokości
szerokości geograficznej
geograficznej
(w
(w nawiasach
nawiasach podano
podano sumy
sumy promieniowania
promieniowania bezpośredniego
bezpośredniego ii rozproszonego)
rozproszonego)
Położenie
Szerokość
geograficzna
Nasłonecznienie, kW*h/m2
max
min
Roczne
Równik
Oo
6,5 (7,5)
5,8 (6,8)
2200 (2300)
Zwrotnik Raka
23,5o
7,1 (8,3)
3,4 (4,2)
1900 (2300)
Szerokość pośrednia
45o
7,2 (8,5)
1,2 (1,7)
1500 (1900)
Polska centralna
52o
7,0 (8,4)
0,5 (0,8)
1400 (1700)
Koło podbiegunowe
66,5o
6,5 (7,9)
0 (0)
1200 (1400)
„Proekologiczne źródła energii odnawialnej” Witold M. Lewandowski Warszawa 2001
TECHNICAL UNIVERSITY
OF CZĘSTOCHOWA
ROZDZIA
Ł IX
ROZDZIAŁ
Energia promieniowania słonecznego.
ENERGY ENGINEERING
LABORATORY
Średnie
Średnie miesięczne
miesięczne ii roczne
roczne sumy
sumy całkowitego
całkowitego promieniowania
promieniowania słonecznego
słonecznego w
w Polsce
Polsce
wykazują
wykazują dość
dość duże
duże zróżnicowanie
zróżnicowanie terytorialne.
terytorialne. W
W Polsce
Polsce największa
największa liczba
liczba słonecznych
słonecznych
godzin
godzin w
w roku
roku jest
jest na
na Wybrzeżu
Wybrzeżu (1671
(1671 h/a,
h/a, Gdynia),
Gdynia), trochę
trochę mniej
mniej w
w Warszawie
Warszawie (1600
(1600
h/a),
h/a), najmniejsza
najmniejsza na
na Śląsku
Śląsku (1234
(1234 h/a,
h/a, Katowice).
Katowice).
Jako
Jako normę
normę dla
dla Polski
Polski przyjmuje
przyjmuje się
się wartość
wartość napromieniowania
napromieniowania całkowitego
całkowitego w
w ciągu
ciągu roku
roku
3600
3600 MJ/m
MJ/m22±10%
±10% (1000
(1000 kWh/m
kWh/m22))
„Proekologiczne źródła energii odnawialnej” Witold M. Lewandowski Warszawa 2001
TECHNICAL UNIVERSITY
OF CZĘSTOCHOWA
ROZDZIA
Ł IX
ROZDZIAŁ
Energia promieniowania słonecznego.
ENERGY ENGINEERING
LABORATORY
Rozkład wartości
całkowitego
promieniowania
słonecznego na
terenie Polski
[kWh/m2a].
SEMINARIUM KOMITETU PROBLEMÓW ENERGETYKI PAN Kraków – Zakopane, 26 – 27 maj 1997 r.
TECHNICAL UNIVERSITY
OF CZĘSTOCHOWA
ROZDZIA
Ł IX
ROZDZIAŁ
Energia promieniowania słonecznego.
ENERGY ENGINEERING
LABORATORY
Wady
Wady ii zalety
zalety promieniowania
promieniowania słonecznego
słonecznego
Wady:
•Cykliczność dzienna, roczna i stochastyczna (konieczność magazynowania, przetwarzania na inne łatwiej
magazynujące się formy energii),
•Zmienna koncentracja i niskie natężenie (duże obszary zajęte przez lustra lub absorbery, konieczność budowania
systemów nadążających za „ruchem” słońca, wspomaganie innymi źródłami energii),
•Rozproszenie (konieczność budowania luster i soczewek skupiających),
•Znaczne koszty związane z budowaniem urządzeń wspomagających.
Zalety:
•Wszechobecność (rozwiązanie problemów transportowych – przesyłu),
•Darmowa energia (istotne po zwróceniu się kosztów budowy instalacji),
•Proekologiczność (nie pogłębia efektu cieplarnianego, skażenia tlenkami siarki i azotu, nie ma wpływu na zanik
ozonu),
•Nie ma wpływu na bilans energetyczny Ziemi (w przeciwieństwie do ropy, węgla lub gazu nie wyczerpuje się).
„Proekologiczne źródła energii odnawialnej” Witold M. Lewandowski Warszawa 2001
TECHNICAL UNIVERSITY
OF CZĘSTOCHOWA
ROZDZIA
Ł IX
ROZDZIAŁ
Energia promieniowania słonecznego.
ENERGY ENGINEERING
LABORATORY
Metody przetwarzania energii słonecznej:
Termosłoneczne
Kolektory
Stawy słoneczne
Diody cieplne
Helioelektrownie
Fotofizyczne
Fotochemiczne
Mechaniczne wiatru
Fotoogniwa
Fotografia
Akumulatory energii
Ropa naftowa, węgiel
Wiatraki
Pompy wodne
Siłownie wiatrowe
Fotobiologiczne
Mechaniczne wody
Biomasa
Etanol
Metanol
Olej rzepakowy
Biogaz
Młyny wodne
Elektrownie wodne
Elektrownie falowania mórz
Elektrownie dyfuzyjne
Elektrownie prądów morskich
Mechanizmy te można zgrupować w trzy podstawowe rodzaje konwersji:
•Fototermiczną (przetworzenie na ciepło)
•Fotowoltaiczną (przetworzenie na energię elektryczną)
•Fotobiochemiczną (energia wiązań chemicznych)
„Proekologiczne źródła energii odnawialnej” Witold M. Lewandowski Warszawa 2001
TECHNICAL UNIVERSITY
OF CZĘSTOCHOWA
ROZDZIA
Ł IX
ROZDZIAŁ
Energia promieniowania słonecznego.
ENERGY ENGINEERING
LABORATORY
Podział
Podział termosłonecznych
termosłonecznych metod
metod przetwarzania
przetwarzania energii
energii słonecznej
słonecznej
Aktywne
(kolektory płaskie,
Kolektory skupiające,
Stawy słoneczne)
Pasywne
(ogrzewanie,
chłodzenie,
Akumulacja)
Systemy
Wspomagające
(magazyny energii z
Wykorzystaniem ciepła
właściwego,
przemian faz itd..)
NISKOTEMPERATUROWE
METODY
METODY
TERMOSŁONECZNE
TERMOSŁONECZNE
WYSOKOTEMPERATUROWE
Zdecentralizowane
(pole absorberów.
Farmy słoneczne)
„Proekologiczne źródła energii odnawialnej” Witold M. Lewandowski Warszawa 2001
Scentralizowane
(kolektor centralny,
Pola koncentratorów,
Elektrownie słoneczne)
TECHNICAL UNIVERSITY
OF CZĘSTOCHOWA
ROZDZIA
Ł IX
ROZDZIAŁ
Energia promieniowania słonecznego.
ENERGY ENGINEERING
LABORATORY
Podział
Podział kolektorów
kolektorów słonecznych
słonecznych
Ze względu na budowę dzielą się na:
•Skupiające
•Płaskie
Ze względu na rodzaj czynnika roboczego dzielą się na:
•Wodne
•Powietrzne
•Wodno - powietrzne
Instalacja kolektorów słonecznych, przetwarzająca energię promieniowania słonecznego, składa się z:
•Kolektora (panel adsorpcyjny),
•Zasobnika ciepła,
•Układu regulacji
•Instalacji rur z zaworami.
„Proekologiczne źródła energii odnawialnej” Witold M. Lewandowski Warszawa 2001
TECHNICAL UNIVERSITY
OF CZĘSTOCHOWA
ROZDZIA
Ł IX
ROZDZIAŁ
Energia promieniowania słonecznego.
ENERGY ENGINEERING
LABORATORY
Budowa
Budowa kolektorów
kolektorów słonecznych
słonecznych
Adsorber
Typowy adsorber wykonany z blachy miedzianej lub aluminiowej, pokryty zwykłą czarną matową farbą (α⁄ε ≈1),
w słoneczny dzień przy Hb = 800 W/m2 osiąga temperaturę równowagi ok. 343 K (70oC). W celu podwyższenia
tej temperatury, czyli ilości zaadsorbowanej energii można:
•Adsorber pokryć powłokami selektywnymi, dla których α⁄ε ≈ 8,5 (Cu pasywowane NaOH i NaClO2,
ta=150÷160oC);
•Ograniczyć konwekcyjne straty ciepła, pokrywając adsorber dodatkową przezroczystą osłoną (plexi, szkło, szkło
hartowane, PC, PA, PET, ta = 110÷190oC);
•Skoncentrować promieniowanie słoneczne układem luster płaskich parabolicznych lub soczewek.
Osłony kolektorów
Osłony kolektorów powinny być wytrzymałe na naciski, zginanie i ścieranie spowodowane: wiatrem, śniegiem,
gradem, piaskiem. Powinny mieć też dużą twardość, być łatwo zmywalne, odporne na promieniowanie
ultrafioletowe. Osłony te powinny być jak najbardziej przezroczyste.
Izolacja kolektora
Izolacja powinna mieć taką grubość δ, aby strumień strat ciepła był mniejszy niż 1 W/m2 dla kolektorów
całorocznych i mniejszych niż 5 W/m2 dla kolektorów letnich. Współczynnik przewodności cieplnej λ, wyrażony w
W/(K.m), najczęściej stosowanych materiałów izolacyjnych jest następujący: polistyren porowaty – 0,034,
poliuretan spieniony – 0,024, wełna mineralna – 0,035, ebonit porowaty – 0,03, korek – 0,041.
„Proekologiczne źródła energii odnawialnej” Witold M. Lewandowski Warszawa 2001
TECHNICAL UNIVERSITY
OF CZĘSTOCHOWA
ROZDZIA
Ł IX
ROZDZIAŁ
Energia promieniowania słonecznego.
ENERGY ENGINEERING
LABORATORY
Kolektory
Kolektory słoneczne
słoneczne do
do podgrzewania
podgrzewania wody
wody
Pod względem konstrukcyjnym ze względu na budowę absorbera rozróżnia się zasadniczo dwa typy kolektorów:
•Wykonane z blachy z przymocowaną wężownicą, przez którą przepływa czynnik roboczy (kolektory rurkowe);
•Złożone z dwu blach połączonych przez zgrzewanie, klejone lub walcowane ze sobą w ten sposób, że między
nimi powstaje układ kanałów, przez które przepływa czynnik roboczy (kolektory płytowe).
Kolektor wodny – płytowy
Woda przepływa przez kolektor dwiema odnogami: dolną – między warstwą izolacyjną, a czarnym arkuszem oraz
górną – między nim, a podwójną płytą osłony.
„.Niekonwencjonalne źródła energii” Praca zbiorowa pod redakcją Józefa Szlachty Wrocław 1999 r.
TECHNICAL UNIVERSITY
OF CZĘSTOCHOWA
ENERGY ENGINEERING
LABORATORY
ROZDZIA
Ł IX
ROZDZIAŁ
Energia promieniowania
słonecznego.
Kolektor
Kolektor słoneczny
słoneczny
płaski
płaski rurkowy
rurkowy Æ
Æ
WYBRANE ZAGADNIENIA EKOLOGICZNEJ GOSPODARKI
ENERGIĄ Gdańsk, 1996 r.
TECHNICAL UNIVERSITY
OF CZĘSTOCHOWA
ROZDZIA
Ł IX
ROZDZIAŁ
Energia promieniowania słonecznego.
ENERGY ENGINEERING
LABORATORY
Nowe
Nowe typy
typy kolektorów
kolektorów słonecznych
słonecznych
Kolektory z czynnikiem dwufazowym
Na rysunku przedstawiono trzy instalacje kolektorów z czynnikiem niskowrzącym (np.freon, amoniak,
propan,butan), w których zachodzi przemiana fazowa (wrzenie – kondensacja). W rozwiązaniach tych część
absorbująca promieniowanie słoneczne jest jednocześnie parownikiem czynnika niskowrzącego, a w zasobniku
znajduje się kondensator. Przepływ czynnika może być grawitacyjny swobodny, grawitacyjny z pływakowym
zaworem regulacyjnym lub wymuszony pompą obiegową kondensatu.
Kolektory słoneczne z
czynnikiem dwufazowym:
a)
Termosyfon
b)
Z zaworem pływakowym
c)
Rura cieplna
1 – kolektor parownik,
2 – kondensator,
3 – do kondensatora,
4 – zawór pływakowy,
5 – z kondensatora,
6 – parownik,
7 – ciepła woda użytkowa
„Proekologiczne źródła energii odnawialnej” Witold M. Lewandowski Warszawa 2001
TECHNICAL UNIVERSITY
OF CZĘSTOCHOWA
ROZDZIA
Ł IX
ROZDZIAŁ
Energia promieniowania słonecznego.
ENERGY ENGINEERING
LABORATORY
Nowe
Nowe typy
typy kolektorów
kolektorów słonecznych
słonecznych
Kolektory absorpcyjne
W typowych kolektorach słonecznych absorpcja promieniowania słonecznego odbywa się na czarnej
powierzchni absorbera, wewnątrz którego płynie czynnik roboczy. Sprawność kolektora maleje wraz ze
wzrostem temperatury powierzchni adsorbera. Pochłanianie energii promieniowania odbywa się w całej masie,
najczęściej barwnego, czynnika kolektora, przez co temperatura powierzchni stykającej się z otoczeniem jest
niższa.Na rysunku porównano model kolektora adsorpcyjnego (tradycyjnego) z absorpcyjnym.
Modele dwóch typów
kolektora
słonecznego:
a)
Tradycyjny
adsorpcyjny,
b)
Absorpcyjny z
pochłanianiem
energii
promieniowania
w objętości płynu
„Proekologiczne źródła energii odnawialnej” Witold M. Lewandowski Warszawa 2001
TECHNICAL UNIVERSITY
OF CZĘSTOCHOWA
ROZDZIA
Ł IX
ROZDZIAŁ
Energia promieniowania słonecznego.
ENERGY ENGINEERING
LABORATORY
Nowe
Nowe typy
typy kolektorów
kolektorów słonecznych
słonecznych
Kolektory z warstwą lub warstwami załamującymi promieniowanie
Na podstawie zmodyfikowanego prawa Lamberta w pracy zaproponowano nową koncepcję kolektorów, w
których zwiększono moc absorpcji załamując promienie słoneczne tak, że stają się one bardziej prostopadłe do
powierzchni. W tym celu zaproponowano przezroczyste warstwy załamujące o zwiększającej się, w kierunku
zbliżania się do powierzchni adsorbera, gęstości.
Kolektory specjalne
Oprócz wymienionych powyżej kolektorów słonecznych prowadzone są również badania innych rozwiązań i
konstrukcji, wśród których można wyszczególnić:
•kolektory z półprzeźroczystym złożem pochłaniającym,
•kolektory rurowe,
•kolektory z wypełnieniem komórkowym (kształt plastra miodu),
•kolektory magazynujące.
„Proekologiczne źródła energii odnawialnej” Witold M. Lewandowski Warszawa 2001
TECHNICAL UNIVERSITY
OF CZĘSTOCHOWA
ROZDZIA
Ł IX
ROZDZIAŁ
Energia promieniowania słonecznego.
ENERGY ENGINEERING
LABORATORY
Stawy
Stawy słoneczne
słoneczne
Staw słoneczny zalicza się, podobnie jak kolektor słoneczny, do niskotemperaturowych
aktywnych systemów wykorzystania energii słonecznej. W stawie słonecznym energia
promieniowania słonecznego jest kumulowana, a nie oddawana do otoczenia, zwłaszcza nocą i
zimą, tak jak w stawie zwykłym. Efekt ten jest uzyskiwany dzięki dużemu stężeniu soli w
wodzie. Solanka ta, nawet ogrzana, gromadzi się na dnie i nie transportuje ciepła na drodze
konwekcji z dna stawu do powierzchni, a następnie do otoczenia.
„Proekologiczne źródła energii odnawialnej” Witold M. Lewandowski Warszawa 2001
TECHNICAL UNIVERSITY
OF CZĘSTOCHOWA
ROZDZIA
Ł IX
ROZDZIAŁ
Energia promieniowania słonecznego.
ENERGY ENGINEERING
LABORATORY
Stawy
Stawy słoneczne
słoneczne
Budowa
Budowa ii zasada
zasada działania
działania
Typowy staw o głębokości H = 1 m ma od 6 do 8 warstw płynu o zróżnicowanym stężeniu. Na rysunku
przedstawiono tylko trzy strefy: powierzchniową (izolującą), bezkonwekcyjną buforową i akumulacji ciepła o
największym stężeniu solanki. Jako sole mogą być stosowane NaCl, MgCl2.
Schemat stawu słonecznego:
a)
Rozkład strumieni
energii,
b)
Rozkład gradientu
temperatury w funkcji
głębokości,
c)
Rozkład gradientu
stężeń w funkcji
głębokości
W trakcie eksploatacji na drodze dyfuzji następuje samorzutne wyrównanie stężeń. W celu prawidłowej pracy stawu jest
niezbędne ciągłe doprowadzanie do warstwy powierzchniowej czystej wody, a do strefy akumulacji stężonego roztworu
solanki. Do współpracy ze stawem jest więc konieczna instalacja do odsalania wody, np.: destylarka, przetwornik
osmotyczny, wymiennik jonitowy itp. Instalacje te mogą być napędzane energią elektryczną, uzyskaną z turbogeneratora,
napędzanego niskowrzącym czynnikiem (freon, amoniak, propan), czerpiącym energię ze stawu. Ze stawu o powierzchni
1400m2, w którym dolna i górna warstwa stanowią górne i dolne źródło ciepła czynnika roboczego można uzyskać ok. 4
W/m2 (6kW) mocy. Temperatura rzędu 85÷100oC utrzymuje się na głębokości H>3,5 m do kilku tygodni.
„Proekologiczne źródła energii odnawialnej” Witold M. Lewandowski Warszawa 2001
TECHNICAL UNIVERSITY
OF CZĘSTOCHOWA
ROZDZIA
Ł IX
ROZDZIAŁ
Energia promieniowania słonecznego.
ENERGY ENGINEERING
LABORATORY
Schemat
Schemat stawu
stawu słonecznego
słonecznego zz gradientem
gradientem koncentracji
koncentracji soli.
soli.
WYBRANE ZAGADNIENIA EKOLOGICZNEJ GOSPODARKI ENERGIĄ Gdańsk, 1996 r.
TECHNICAL UNIVERSITY
OF CZĘSTOCHOWA
ROZDZIA
Ł IX
ROZDZIAŁ
Energia promieniowania słonecznego.
ENERGY ENGINEERING
LABORATORY
Stawy
Stawy słoneczne
słoneczne
Zalety
•Moc i sprawność trochę wyższa, ale tego samego rzędu jak kolektora słonecznego;
•Mniejsze straty ciepła do otoczenia w porównaniu z kolektorami słonecznymi;
•Możliwość zastosowania do odsalania wody morskiej
•Prosta budowa.
Wady
•Konieczność utrzymywania właściwego gradientu stężeń, co wiąże się z utrzymywaniem instalacji odsalającej;
•Konieczność stosowania zabezpieczeń przed nieprzewidzianym wtargnięciem niepożądanych osób, zwłaszcza
dzieci, które mogą się poparzyć;
•Wyższe koszty inwestycyjne w stosunku do kolektora słonecznego;
•Większe zużycie wody.
„Proekologiczne źródła energii odnawialnej” Witold M. Lewandowski Warszawa 2001
TECHNICAL UNIVERSITY
OF CZĘSTOCHOWA
ROZDZIA
Ł IX
ROZDZIAŁ
Energia promieniowania słonecznego.
ENERGY ENGINEERING
LABORATORY
W zależności od sposobu uzyskiwania i przetwarzania energii słonecznej rozróżnia się
dwa podstawowe systemy:
-zdecentralizowany, w którym czynnik roboczy przepływa kolektorem przez szereg
koncentratorów płaskich, parabolicznych lub rynnowych, tworzących tzw. farmy
słoneczne;
-scentralizowany, w którym jest pole heliostatów w postaci luster koncentrujących
promieniowanie słoneczne na jednym centralnym kolektorze umieszczonym na
wieży.
„Proekologiczne źródła energii odnawialnej” Witold M. Lewandowski Warszawa 2001
TECHNICAL UNIVERSITY
OF CZĘSTOCHOWA
ROZDZIA
Ł IX
ROZDZIAŁ
Energia promieniowania słonecznego.
ENERGY ENGINEERING
LABORATORY
Wysokotemperaturowy
Wysokotemperaturowy system
system zdecentralizowany
zdecentralizowany
W systemie zdecentralizowanym stosuje się najczęściej koncentratory skupiające, które zwiększają gęstość
promieniowania słonecznego od 1,5 do 10 000 razy. W wyniku tego uzyskuje się temperatury czynnika roboczego
dochodzące do 4000 K. Przy tak wysokiej różnicy temperatury między czynnikiem, a otoczeniem sprawność
cieplna tych kolektorów jest mniejsza niż kolektorów płaskich. W celu polepszenia sprawności stosuje się w
metodach wysokotemperaturowych elektroniczny układ nadążny śledzący Słońce i ustawiający pod odpowiednim
kątem koncentratory wraz z kolektorami.
Schematy koncentratorów
promieniowania
słonecznego:
a)
Cylindryczny (rurowy),
b)
Paraboliczny
(talerzowy)
„Proekologiczne źródła energii odnawialnej” Witold M. Lewandowski Warszawa 2001
TECHNICAL UNIVERSITY
OF CZĘSTOCHOWA
ROZDZIA
Ł IX
ROZDZIAŁ
Energia promieniowania słonecznego.
ENERGY ENGINEERING
LABORATORY
Wysokotemperaturowy
Wysokotemperaturowy system
system zdecentralizowany
zdecentralizowany
Znane
Znane elektrownie
elektrownie wykorzystujące
wykorzystujące energię
energię słoneczną
słoneczną w
w systemie
systemie zdecentralizowanym
zdecentralizowanym
Schemat elektrowni słonecznej w Daggett w Kalifornii
1 – pompy, 2 – kocioł gazowy, 3 – przegrzewacz, 4 – turbina parowa, 5 – generator, 6 – zbiornik zimny, 7 –
zbiornik gorący, 8 – wytwornica pary, 9 – skraplacz, 10 – chłodnia kominowa, 11 – pole koncentratorów
„Proekologiczne źródła energii odnawialnej” Witold M. Lewandowski Warszawa 2001
TECHNICAL UNIVERSITY
OF CZĘSTOCHOWA
ROZDZIA
Ł IX
ROZDZIAŁ
Energia promieniowania słonecznego.
ENERGY ENGINEERING
LABORATORY
Wysokotemperaturowy
Wysokotemperaturowy system
system zdecentralizowany
zdecentralizowany
Znane
Znane elektrownie
elektrownie wykorzystujące
wykorzystujące energię
energię słoneczną
słoneczną w
w systemie
systemie zdecentralizowanym
zdecentralizowanym
Schemat elektrowni słonecznej w Haper Lake w Kalifornii
1 – pole koncentratorów, 2 – przegrzewacz pary, 3 – turbogenerator, 4 – podgrzewacz, 5 – wytwornica
pary, 6 – przegrzewacz międzystopniowy, 7 – skraplacz, 8 – chłodnia kominowa, 9 - pompy
„Proekologiczne źródła energii odnawialnej” Witold M. Lewandowski Warszawa 2001
TECHNICAL UNIVERSITY
OF CZĘSTOCHOWA
ROZDZIA
Ł IX
ROZDZIAŁ
Energia promieniowania słonecznego.
ENERGY ENGINEERING
LABORATORY
System SEGS
Każdy
Każdy zakład
zakład przemysłowy
przemysłowy SEGS
SEGS
produkuje
produkuje ponad
ponad 30
30 megawatów
megawatów
elektryczności
elektryczności –– 150
150 MW
MW łącznie
łącznie ––
wykorzystując
wykorzystując słońce
słońce jako
jako podstawowe
podstawowe
źródło
źródło energii.
energii.
Każdy
Każdy SEGS
SEGS ma
ma ogromne
ogromne pole
pole słoneczne
słoneczne ii
konwencjonalną
konwencjonalną elektrownie.
elektrownie. Pole
Pole
słoneczne
słoneczne jest
jest złożone
złożone zz rzędów
rzędów
parabolicznego
parabolicznego koryta
koryta słonecznych
słonecznych
kolektorów.
kolektorów. Te
Te kolektory
kolektory złożone
złożone są
są zz
paneli
paneli reflektorowych
reflektorowych –– lub
lub luster
luster –– które
które
śledzą
słońce
używając
sensorów
śledzą słońce używając sensorów ii
mikroprocesorów.
mikroprocesorów. Światło
Światło słoneczne
słoneczne
odbite
odbite od
od paneli
paneli reflektorowych
reflektorowych jest
jest
skupiane
skupiane na
na specjalnie
specjalnie pokrytych
pokrytych
stalowych
stalowych rurkach,
rurkach, które
które zawierają
zawierają płyn
płyn
przepływu
ciepła.
przepływu ciepła.
Każde pole słoneczne
SEGS ma około 100 000
części lustra, każde o
powierzchni ok..2 m2 –
całość ponad 1mln m2
luster
TECHNICAL UNIVERSITY
OF CZĘSTOCHOWA
ROZDZIA
Ł IX
ROZDZIAŁ
Energia promieniowania słonecznego.
ENERGY ENGINEERING
LABORATORY
System SEGS
Płyn
Płyn przepływu
przepływu ciepła
ciepła jest
jest rozgrzany
rozgrzany do
do
o
o
temperatury
temperatury 735
735 FF ii przepompowany
przepompowany przez
przez serię
serię
wymienników
wymienników ciepła
ciepła zz bloku
bloku elektrowni,
elektrowni, aby
aby
wytworzyć
super
nagrzaną
parę,
która
napędza
wytworzyć super nagrzaną parę, która napędza
generator
generator turbiny
turbiny tworząc
tworząc elektryczność.
elektryczność.
Naturalny
Naturalny gaz
gaz może
może uzupełniać
uzupełniać parę
parę wytworzoną
wytworzoną
przez
przez energię
energię słoneczną
słoneczną w
w pochmurne
pochmurne dni
dni ii wczesne
wczesne
wieczory.
wieczory.
TECHNICAL UNIVERSITY
OF CZĘSTOCHOWA
ROZDZIA
Ł IX
ROZDZIAŁ
Energia promieniowania słonecznego.
ENERGY ENGINEERING
LABORATORY
Schemat
ideowy
elektrowni
heliotermalnej
typu SEGS.
VIII CZĘSTOCHOWSKIE FORUM EKOLOGICZNE Częstochowa, październik 1997 r.
Słoneczna elektrownia wieżowa
Moc: 200 MW
Major Project Facilitation Australia, Victoria state
Wieża o wysokości 1 km
Układ kolektorów powietrznych
o promieniu 3.5 km
Pei Magazine, September, 38, 2002
Słoneczna elektrownia wieżowa
Temperatura powietrza pod sklepieniem
kolektora wynosi 30 oC, a prędkość
powietrza: 32 km/h
Podgrzane powietrze (60-70 oC)
przepływa przez 32 turbiny
umieszczone na wlocie do wieży
Nocą ciepło magazynowane jest w gruncie
poniżej kolektora umożliwiając pracę
elektrowni w nocy
TECHNICAL UNIVERSITY
OF CZĘSTOCHOWA
ROZDZIA
Ł IX
ROZDZIAŁ
Energia promieniowania słonecznego.
ENERGY ENGINEERING
LABORATORY
Aktywny
Aktywny system
system
słoneczny
słoneczny dla
dla
budynku
budynku
jednorodzinnego
jednorodzinnego
WYBRANE ZAGADNIENIA EKOLOGICZNEJ GOSPODARKI ENERGIĄ Gdańsk, 1996 r.
TECHNICAL UNIVERSITY
OF CZĘSTOCHOWA
ROZDZIA
Ł IX
ROZDZIAŁ
Energia promieniowania słonecznego.
ENERGY ENGINEERING
LABORATORY
Schemat
Schemat obiegu
obiegu siłowni
siłowni małej
małej mocy
mocy pracującej
pracującej na
na czynnik
czynnik niskowrzący.
niskowrzący.
WYBRANE ZAGADNIENIA EKOLOGICZNEJ GOSPODARKI ENERGIĄ Gdańsk, 1996 r.
TECHNICAL UNIVERSITY
OF CZĘSTOCHOWA
ROZDZIA
Ł IX
ROZDZIAŁ
Energia promieniowania słonecznego.
ENERGY ENGINEERING
LABORATORY
Schemat
Schemat obiegu
obiegu
siłowni
siłowni
freonowej.
freonowej.
WYBRANE ZAGADNIENIA EKOLOGICZNEJ GOSPODARKI ENERGIĄ Gdańsk, 1996 r.
TECHNICAL UNIVERSITY
OF CZĘSTOCHOWA
ROZDZIA
Ł IX
ROZDZIAŁ
Energia promieniowania słonecznego.
ENERGY ENGINEERING
LABORATORY
Wysokotemperaturowy
Wysokotemperaturowy system
system scentralizowany
scentralizowany
Typowa scentralizowana elektrownia słoneczna składa się z pola heliostatów, absorbera wieżowego, dwóch
obiegów (sodu stopionego i obiegu wodno – parowego), wytwornicy pary, turbogeneratora i ociekowej chłodni
powietrzno – wodnej.
Schemat scentralizowanej elektrowni słonecznej
1 – absorber wieżowy, 2 – pole heliostatów, 3 – wytwornica pary, 4 – turbogenerator, 5 – wymiennik, 6 – chłodnia
wieżowa
„Proekologiczne źródła energii odnawialnej” Witold M. Lewandowski Warszawa 2001
TECHNICAL UNIVERSITY
OF CZĘSTOCHOWA
ROZDZIA
Ł IX
ROZDZIAŁ
ENERGY ENGINEERING
LABORATORY
Schemat
ideowy
elektrowni
heliotermicznej
typu CRS.
VIII CZĘSTOCHOWSKIE FORUM EKOLOGICZNE Częstochowa, październik 1997 r.
TECHNICAL UNIVERSITY
OF CZĘSTOCHOWA
ROZDZIA
Ł IX
ROZDZIAŁ
Energia promieniowania słonecznego.
ENERGY ENGINEERING
LABORATORY
Czy
Czy można
można by
by zastąpić
zastąpić Słońce
Słońce elektrowniami
elektrowniami spalającymi
spalającymi węgiel
węgiel ??
VIII CZĘSTOCHOWSKIE FORUM EKOLOGICZNE Częstochowa, październik 1997 r.

Podobne dokumenty